C/C-CrSi2-Si 복합재 마찰·마모 특성 연구

초록

탄소 기지와 탄소 섬유로 이루어진 탄소/탄소 (C/C) 복합재와 Si를 함침한 C/C-SiC 복합재는 가볍고, 내열성과 내마모성이 우수하여 항공기, 자동차의 제동 마찰재, 클러치 등에서 전통적인 마찰재를 대체하는 신소재로 사용되고 있다. 탄소/탄소 복합재의 성능을 향상하기 위해 Si 외에, Cu, Ti, Zr, B 등 여러 원소를 첨가한 복합재가 개발되고 있다. 본 연구에서는 우선 탄소 섬유와 페놀 레진을 섞어 혼합물을 만들어 이 혼합물을 170 ℃까지 가열하여 이 온도에서 30분 동안 유지하여 복합재 전구체를 제작하였다. 탄소/탄소 복합재를 만들기 위해 이 혼합물을 불활성 가스 분위기에서 10 ℃/min의 속도로 1,000 ℃까지 가열한 후 2,000 ℃에서 열처리 하였다. 마지막으로 이 복합재 표면에 CrSi2와 Si 분말을 놓고 1,550 ℃까지 가열하여 분말이 용해되어 함침되게 하여 C/C-CrSi2-Si 복합재를 제작하고 여러 종류의 시편을 채취하여 특성을 평가하였다. 주사전자현미경과 에너지 분산 X-선 분광기를 이용하여 조직과 성분을 분석하였다. 복합재의 인장강도는 약 10 MPa, 항복강도는 26 MPa 정도였다. 횡방향과 수직방향의 열전도도는 25 ℃에서 각각 85.2와 30.7 W/m-K로 C/C-SiC에 비해 더 큰 값을 보였다. CrMoV 합금을 상대재로 하고 C/C-SiC, C/S-SiC-Cu, C/C-CrSi2-Si 세 종류의 탄소/탄소 복합재 시편을 사용하여 미끄럼마모 시험을 하였다. 마찰계수는 C/C-SiC, C/S-SiC-Cu, C/C-CrSi2-Si 순서로 작고, 마찰면에는 응착마모와 연삭마모가 관찰되었다.

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